[发明专利]一种随机共振的耦合控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及控制技术，特别地，涉及一种控制双稳系统中的随机共振效应的随机共振耦合控制方法。

背景技术

随机共振是以噪声作为媒介引起微弱周期信号与非线性系统协同作用的非线性现象。它描述了在一定量的噪声背景中，非线性系统对微弱的周期信号能产生强烈的输出响应，存在着噪声能量向信号能量转移的机制。自1981年Benzi等提出随机共振这一概念以来，人们对随机共振的规律及其在自然科学各个领域的表现已经有了较为深入的研究。但这些研究更多地是从观察的角度而不是从影响的角度来研究随机共振，更重要的是作为自然科学研究的成果其最终目的，总是离不开成功的应用，而随机共振的控制则是随机共振应用的关键环节。随机共振控制或控制随机共振就是要通过控制手段而有目的地强化或者产生随机共振，从而产生所需要的具有特定性质的输出响应。控制随机共振的一种最直接的方法是改变系统参数，使系统在给定的噪声和信号作用下产生随机共振或使其产生的共振效应更加强烈。然而，在实际应用中，输入的周期信号和噪声是给定的、其参数是不可改变的，而非线性系统的结构参数往往也是固定的，或者要改变其相关的势垒高度或阈值是困难的或是不可能的，譬如神经细胞，集成电路等。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种随机共振的耦合控制方法。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的，一种随机共振的耦合控制方法，包括以下步骤：

1)将信号和噪声引入一个固定参数双稳系统，经该双稳系统产生输出信号；

2)将固定参数双稳系统与另一参数可变双稳系统作非线性耦合，经耦合作用后的输出结合原信号与噪声一起再次作用到原固定参数双稳系统；

3)通过调节耦合项的可控制耦合系数与参数可变双稳系统的系统参数，观察固定参数双稳系统的输出情况，以确定其是否发生随机共振或者所发生随机共振的效应大小。

本发明的有益效果在于：

(1)通过调节耦合单元中的可控制参数——耦合系数γ，以及参数可变双稳系统的系统参数a的值，改变耦合系统的势函数结构。

(2)通过观察被控双稳系统的输出信号的变化，确定该双稳系统内是否有随机共振发生，以及所发生的共振强度的大小。

(3)对信号、噪声与双稳系统间并不满足随机共振的匹配条件、双稳系统输出信号的信噪比和功率谱放大率都较小的情况下，采用耦合技术能有效地改变双稳系统的输出响应，通过调节可控制参数可使信号、噪声与双稳系统之间能协同作用而产生随机共振。

(4)该方法扩大了随机共振控制的可控制能力，并能极大地拓宽随机共振的应用范围，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为随机共振的耦合控制原理框图；

图2为无耦合作用(γ＝0)下被控系统输出信号的时域波形和相应的功率谱图(A＝0.05，D＝0.18，ω＝0.02π，a₀＝0.1，b₀＝1，a＝1)；

图3为耦合作用(γ＝-0.1)下被控系统输出信号的时域波形和相应的功率谱图(A＝0.05，D＝0.18，ω＝0.02π，a₀＝0.1，b₀＝1，a＝1)；

图4为被控系统势垒过高时，输出x(t)只在单一势阱内的波动情况示意图；

图5为被控系统势垒过高时，经耦合控制后的耦合系统(γ＝0.35)两个变量x(t)和y(t)的时域波形图(A＝0.05，D＝0.18，ω＝0.02π，a₀＝0.5，b₀＝1，a＝1)；

图6为被控系统输出x(t)只在稳定点附近作小幅波动的波形图；

图7为a＝1、γ＝0.96时耦合系统两个变量x(t)和y(t)的时间波形图。

具体实施方式

本发明将耦合控制理论与随机共振原理相结合，提出了基于耦合控制的双稳系统随机共振的控制方法。该方法包括以下步骤：

一、将信号和噪声引入一个固定参数双稳系统，经该双稳系统产生输出信号。